地铁隧道大粒径砂卵石地层暗挖工法快速施工技术

施工关键技术

快速掘进施工技术

针对暗挖区间隧道施工，其开挖初支施工时间在该隧道施工工期中所占比重较大，而相较二衬施工，其作业面相对单一，通过增加财力、物力、人力来加快施工进度的效果相对不显著。同时，区间隧道在开挖初支施工过程中面临穿越重大风险源、隧道自身结构失稳等风险，由此带来隧道掘进工期的不确定性。因此，快速掘进施工技术对缩减区间隧道整个工程工期将起到关键性作用。

区间隧道超前支护  砂卵石地层是一种典型的力学不稳定地层，其基本特征是结构松散、无胶结，呈大小不等的颗粒状。这种地层一旦被开挖，极易破坏原来相对稳定或平衡的状态，使开挖面和洞壁失去约束而失稳，特别是隧道顶部大块卵石剥落会引起上覆地层的突然沉陷。

由于砂卵石地层的特性，目前在此类地层中所采取的施工工艺和方法仍不尽完善，如施工时与之配套的小导管成孔工艺、注浆材料选择、浆液配比、注浆压力及注浆量等参数等均无成熟的经验供施工借鉴和参考。

鉴于上述原因，决定在M站～N站区间施工前设立暗挖试验段。试验段采用“竖井＋横通道”方案，即1号竖井及横通道。

经过1号竖井及横通道试验及后期区间施工探索，在区间隧道超前支护方面取得了成果和经验，其中深孔预注浆超前支护方式主要针对穿越重大风险源地段，其他地段超前支护方式采用常规的超前小导管注浆。

超前小导管注浆作为超前支护手段。超前小导管为带的φ25×3.0 mm无缝钢管，长度为1.7 m，开挖进尺及小导管打设循环参数为0.5 m。采用风钻和风镐辅助高压风相结合的方式进行小导管成孔。为减少高压风吹孔成孔过程中对土体的扰动进而引起坍塌，施工中利用套管定向、封闭的措施解决。具体做法为：格栅安装后先安装超前小导管导向套管，测量定位，在初支格栅内环向安设套管，套管可采用直径70 mm的钢管。地质为以砂为主，含砂量高、卵石含量少时，优先选择改性水玻璃浆液；地质为以卵石为主，含砂量少，卵石含量高、密集时，优先选择水泥－水玻璃双液浆；地质分布不均匀，局部含砂量高，局部卵石含量高时，可根据现场情况，两种浆液按照部位进行局部性选择、试验后确定。浆液具体配比根据现场试验确定。以下配合比可供参考：①改性水玻璃浆液配合比为：水玻璃：20 Be＇，水玻璃∶硫酸（体积比）=7∶1，硫酸：20%， PH值3～5。②水泥－水玻璃双液浆配合比为：水泥浆：水灰比1∶1，水玻璃：25Be＇，水泥浆∶水玻璃（体积比）=1∶1。

表2 深孔预注浆浆液组成及配合比

注浆压力为0.4～0.6 MPa，采取注浆压力与注浆量双控注浆管理模式。

深孔预注浆作为超前支护手段。采用KD-200型坑道钻机、φ75潜孔锤成孔。深孔预注浆的循环长度6 m为宜。深孔预注浆超前支护注浆浆液选择为无收缩CS浆（水泥－水玻璃系双液浆）。深孔预注浆浆液组成及配合比见表2。根据试验段地质情况，选择注浆压力1 MPa以上，为保证施工安全、注浆效果，每延米要保证注浆量为8～10 m3，采取注浆压力与注浆量双控注浆管理模式。

区间隧道土方开挖  考虑区间隧道穿越地质情况、隧道埋深、结构断面尺寸及地面环境条件等，采用台阶法进行施工。台阶长度为3～5 m。留环形核心土施工，先开挖上台阶的环形拱部，并施工初期支护结构后再开挖核心土。核心土应留坡度，不得出现反坡。为了加快出土速度和降低出土过程中卵石滚落伤人的风险，采用“中拉槽”工艺，即设置溜土槽。

区间隧道初期支护  初期支护采用超前小导管、钢筋格栅、钢筋网片、纵向连接筋、锁脚锚管及C20喷射混凝土联合支护体系。上台阶、下台阶土方开挖结束后，立即安设网构拱架并喷射混凝土。喷射料在地表拌合，通过串管卸入洞内车斗，由三轮车将喷射料运至洞内工作面。喷射料要现拌现用。

初支施工的其他配套措施  上下台阶土方开挖时，在堆土部位应提前铺设5 mm厚钢板，作为临时存土区域，这样可减轻土方清理劳动强度，提高劳动效率。对于下台阶土方清理，采取此措施，亦利于上循环喷射混凝土的成品保护。

通风管、高压风管、水管、电线要随掌子面掘进及时跟进，以满足生产需要及文明施工、环保要求。对于电闸箱、电焊机需要经常循环移动跟进的设备，设置专门移动小车，以缩短循环移动耗时。

洞内、洞外采用有线电话交换器进行相互间的联系。施工竖井提升系统配有电铃，作为提升过程中的联络信号。

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